KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.4
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pp.1884-1903
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2019
Device-to-Device (D2D) communications can provide proximity based services in the future 5G cellular networks. It allows short range communication in a limited area with the advantages of power saving, high data rate and traffic offloading. However, D2D communications may reuse the licensed channels with cellular communications and potentially result in critical interferences to nearby devices. To control the interference and improve network throughput in overlaid D2D cellular networks, a novel channel assignment approach is proposed in this paper. First, we characterize the performance of devices by using Poisson point process model. Then, we convert the throughput maximization problem into an optimal spectrum allocation problem with signal to interference plus noise ratio constraints and solve it, i.e., assigning appropriate fractions of channels to cellular communications and D2D communications. In order to mitigate the interferences between D2D devices, a cluster-based multi-channel assignment algorithm is proposed. The algorithm first cluster D2D communications into clusters to reduce the problem scale. After that, a multi-channel assignment algorithm is proposed to mitigate critical interferences among nearby devices for each D2D cluster individually. The simulation analysis conforms that the proposed algorithm can greatly increase system throughput.
Efficient spectrum sharing is an important issue in Device-to-Device (D2D) communications underlaying cellular networks as it can mitigate the interference to cellular users and improve the performance of the systems. In this paper, we formulate the radio resource allocation in D2D communications as a mixed nonlinear integer programing. We show the formulated problem is NP-hard and thus a polynomial time algorithm to solve is not possible. Since such a problem is very hard to obtain the optimal solution within a short running time, we instead propose a fast heuristic suboptimal algorithm to mitigate the interference caused to cellular users and improve the performance of the systems. Simulation results are provided to evaluate the performance of the proposed algorithm.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.3
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pp.1057-1073
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2015
In this paper, we consider cooperative D2D communications in cellular networks. More precisely, a cellular user leases part of its spectrum to facilitate the D2D communication with a goal of improving the energy efficiency of a D2D pair. However the D2D pair is untrusted to the cellular user, such resource sharing may result in the information of this cellular user unsecured. In order to motivate the cellular user's generosity, this D2D pair needs to help the cellular user maintain a target secrecy rate. To address this issue, we formulate a joint spectrum and power allocation problem to maximize the energy efficiency of the D2D communication while guaranteeing the physical layer security of the cellular user. Then, a theorem is proved to indicate the best resource allocation strategy, and accordingly, an algorithm is proposed to find the best solution to this resource allocation problem. Numerical results are finally presented to verify the validity and effectiveness of the proposed algorithm.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.11
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pp.5209-5228
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2016
Device-to-device (D2D) communication underlaying cellular networks can bring significate benefits for improving the performance of mobile services. However, it hinges on elaborate resource sharing scheme to coordinate interference between cellular users and D2D pairs. We formulate a joint mode selection, link allocation and power control optimization problem for D2D communication sharing uplink resources in a multi-user cellular network and consider the efficiency and the fairness simultaneously. Due to the non-convex difficulty, we propose a three-step scheme: firstly, we conduct mode selection for D2D pairs based on a minimum distance metric after an admission control and obtain some cellular candidates for them. And then, a cellular candidate will be paired to each D2D pair based on fairness. Finally, we use Lagrangian Algorithm to formulate a joint power control strategy for D2D pairs and their reused cellular users and a closed-form of solution is derived. Simulation results demonstrate that our proposed algorithms converge in a short time. Moreover, both the sum rate of D2D pairs and the energy efficiency of cellular users are improved.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.4
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pp.1841-1865
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2017
This paper proposes a new interference mitigation scheme for device-to-device (D2D) communications underlaying a cellular network. The object of the proposed scheme is to determine the number of data streams, a precoding matrix, and a decoding matrix of D2D networks so as to maximize the system capacity given the number of data streams of a cellular network while satisfying the constraint of the inter-system interference from D2D networks to the cellular network. Unlike existing interference mitigation schemes based on the interference alignment technique, the proposed scheme operates properly regardless of the number of data streams of a cellular network and moreover it does not require changing the precoding and decoding matrices of a cellular network. The simulation results demonstrate that the proposed scheme significantly increases the system capacity by mitigating the intra- and inter-system interference.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.3
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pp.872-885
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2015
The rapid increase of smart mobile devices and mobile applications has led to explosive growth of data traffic in cellular network. Offloading data traffic becomes one of the most urgent technical problems. Recent work has proposed to exploit opportunistic communications to offload cellular traffic for mobile data dissemination services, especially for accepting large delayed data. The basic idea is to deliver the data to only part of subscribers (called target-nodes) via the cellular network, and allow target-nodes to disseminate the data through opportunistic communications. Human mobility shows temporal and spatial characteristics and predictability, which can be used as effective guidance efficient opportunistic communication. Therefore, based on the regularity of human mobility we propose NodeRank algorithm which uses the encounter characteristics between nodes to choose target nodes. Different from the existing work which only using encounter frequency, NodeRank algorithm combined the contact time and inter-contact time meanwhile to ensure integrity and availability of message delivery. The simulation results based on real-world mobility traces show the performance advantages of NodeRank in offloading efficiency and network redundant copies.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.9
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pp.4166-4182
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2018
We consider the Device-to-Device (D2D) communications in cellular networks where each cellular user (CU) shares the same resource with multiple D2D users (DUs). In this paper, we aim to maximize the energy efficiency (EE) of the D2D networks, subject to an interference constraint required by the CU. Since the cellular and D2D communications belong to different networks, we consider to incentivize base station (BS) while assisting the DUs. To this end, we propose a Stackelberg game based interference pricing framework for the considered D2D communications in cellular networks. Unlike most of the existing methods, we use interference pricing framework to jointly address the EE resource allocation problem and the interference management in our networks rather than only improve the EE of the DUs or protect cellular networks. In particular, BS and all the users do not need all channel state information, which is more realistic in practice. In addition, two different pricing strategies are also proposed. Based on the two strategies, we analyze the equilibrium of the game. Moreover, in the first strategy, the upper and lower boundaries of the interference price are obtained. The closed-form expression is gained with a backward induction for the second strategy. Both offer valuable insights to the considered scenarios. Finally, compared with the existing work, the EE of the D2D communications is significantly improved. The advantageous performance of our scheme are demonstrated by the simulation results.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.10
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pp.898-907
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2013
For D2D communications underlaying cellular networks, it is essential to consider the mutual interference between the existing cellular communications and D2D communications as well as the spectral efficiency, as they need to share the same frequency. Accordingly, a resource allocation scheme should be designed in such a way that minimizes the mutual interference and maximizes the spectrum utilization efficiency at the same time. In this paper, we propose a resource allocation scheme based on cooperation of the base station and D2D terminals. Specifically, a D2D terminal senses the cellular spectrum to recognize the interference condition, chooses the best cellular resource, and reports the information to the base station. The base station allocates D2D resource such that the corresponding D2D link and cellular link share the same resource. The performance of the proposed resource allocation scheme is ated through compu under 3GPP LTE-Advanced scenarios.
Yang Soon Yeal;Kim Ki Chun;Yoo Seung Wha;Roh Byeong Bee
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2004.11a
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pp.765-768
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2004
IEEE 802.110e는 실시간 트래픽의 QoS를 보장하기 위해 제안되었으나 cellular ip network 망에서 발생하는 route update packet과 같은 signaling traffic에 대해서는 아무런 언급을 하고 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 IEEE 802.11e draft가 제안하고 있는 4가지의 AC(Access Category)에 따라 signaling traffic 에 대해서도 높은 우선 순위를 할당 함으로서 handoff시 발생하는 packet drop 이 얼마 만큼 줄어드는지를 분석하였다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.1
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pp.147-161
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2012
In recent years, machine-to-machine (M2M) communications are under rapid development to meet the fast-increasing requirements of multi-type wireless services and applications. In order to satisfy M2M communications requirements, heterogeneous networks convergence appears in many areas, i.e., mobile cellular networks (MCNs) and wireless sensor networks (WSNs) are evolving from heterogeneous to converged. In this paper, we introduce the system architecture and application requirement for converged MCN and WSN, where mobile terminals in MCN are acting as both sensor nodes and gateways for WSN. And then, we discuss the joint optimization of converged networks for M2M communications. Finally, we discuss the technical challenges in the converged process of MCN and WSN.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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